건 축 전 기설 비 기 술 사

문제해설

☞�고압�전력�케이블의�열화현상과�절연�대책�및�열화진단�방법에�대해�

설명하시오.�

1. 개요

CV�케이블은�1955년대�후반부터�실용화되기�시작하였다.�기름을�사용

하지�않기�때문에�그�취급성,�보수�관리가�용이해�급속히�사용량이�증가�

하고,�1983년�154kV�XLPE(cross�linked�polyethylene�insulated�cable,�

전기가�흐르는�도체의�주위를�절연물인�XLPE로�덧씌운�케이블)�케이블이�

개발된�이후,�2003년에�154kV�XLPE�케이블이�개발되어�영서~영등포��

구간의�지중케이블이�설치되었으며,�현재에는�500kV까지�실용화되었다.

즉�절연체�중에�함유된�수분량을�저감시킨�건식가교기술이나�절연체��

중의�이물�관리나�내·외부�반도전층과�절연체의�계면을�평활하게�하기��

위한�3층�동시�압출기술의�진보가�CV�케이블�성능을�비약적으로�향상시켰다.�

여기에서는�고압�CV�케이블의�전형적인�열화현상과�그�대책에�대해�설명

한다.

글 / 김세동 (두원공과대학교 교수, 공학박사, 기술사 e-mail : kimse@doowon.ac.kr)

항 목 Key Point 및 확인 사항

Key�Word 고압�CV�케이블의�열화현상과�대책,�열화진단�방법

관련�이론�

및

실무�사항

1.�CV�케이블의�구조�

2.�CV�케이블의�열화�요인�

3.�수트리�현상�

4.�수트리�억제�대책�및�열화진단�방법�

5.�새로운�수트리�억제용�CV�케이블

해 설

68 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

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2. 고압 CV 케이블의 열화 요인 및 형태

고압�CV�케이블의�열화�요인은�기본적으로�전기

적,�열적,�화학적,�기계적,�생물적�요인�등�5개로�

크게�나뉘지만,�실제는�케이블의�사용�환경에�따라�

내부에�보이드,�이물,�돌기�등이�발생하기도�한다.�

이와�같은�현상이�복합적으로�작용하여�절연파괴

까지�진행된다.�이러한�열화요인과�그�열화�형태는�

[그림 1]과�같다.�

1) 수트리 열화

수트리�열화라�함은�‘케이블�절연체�주변에�물이�존재하는�경우,�이�물과�국부적인�전계�집중이�원인이�되어�절

연체에�수지�상태(트리�상태)로�패스가�진전되어�가

는�열화현상’을�말한다.�발생�부위별로�내도�수트리,�

외도�수트리,�보타이(bow-tie�tree)�상태의�수트리

로�구분하지만,�절연열화에�크게�영향을�주는�것은�

내도�수트리와�외도�수트리이다.�[그림 2]는�케이블�

수트리�현상을�보여주고�있다.�수트리�열화의�양상

은�다음과�같이�정리할�수�있다.

①�고압�이상의�CV�케이블에만�발생한다.

②�수트리가�절연체를�관통하더라도�그�대부분은�상시�사용전압�이상의�파괴값을�갖는다.

③�온도가�높으면�열화가�촉진된다.

2) 부분 방전

부분�방전은�케이블의�결함으로�인하여�전계가�

높아져�발생하는�국부적인�방전현상이며,�열화의�

마지막�단계에서�부분�방전이�발생한다.�최근에는�

측정된�부분방전�신호패턴�분석�장치가�개발되어�

적용하고�있다.�[그림 3]은�케이블에서�발생되는�부

분방전�현상에�대해서�나타내고�있다.

3) 시공불량

- �시공시�Lead�Cable이�짧게�설치될�경우�3.9�kV�고압전동기�케이블�단자함�한�1상�지락고장�발생

- �[그림 4]와�같이�케이블�단말접속�작업�시�반도전층�피막제거�과정에서�절연체�피막�흠집�발생으로�장기간

의�전기적�스트레스로�절연�파괴�발생

[그림 1] 고압 전력 케이블의 열화 요인 및 형태

[그림 2] 케이블 수트리 현상

[그림 3] 케이블의 부분방전 현상

부분방전

저압(Sheath)

고압[도체]

고압[도체]

내도, 외도Water-tree

BowtieWater-tree

부분방전전기트리내도 수트리외도 수트리보타이 트리

열화 형태열화 요인

전기, 기계,열적 스트레스

보이드

이물

돌기

수분

외부 반도전층

절연체

도체

내부 반도전층

CV Cable 단면

절연파괴

절연체

절연체

Tree 발생 절연파괴

빛소리

전기신호(펄스)

공극(void)

이물

돌기

수분

방전발생

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건축전기설비기술사 문제 해설

3. 대책

[그림 5]는�수트리의�원인과�대책에�대해서�요약한�것이다.

1) 케이블 구조 면에서의 개선

①�3층�동시�압출화를�들�수�있다.�이것은�수트리�열화요인의�하나인�국부적�전계의�집중을�막기�위해서�내부

반도전층,�외부반도전층에�과거의�테입으로�바꾸어�압출�반도전층을�마련한�케이블이다.

②�열화�요인의�하나인�물에�대해서는�금속테입�등으로�차수층을�마련함에�따라�외부에서�물의�침입을�방지

하고,�또한�도체의�연선�틈에�컴파운드를�충진하여�침수를�방지하는�수밀도체도�실용화되고�있다.

2) 제조방법 면에서의 개선

①�우선�절연체�중에�포함된�수분량의�저감을�큰�목적으로�한�건식가교방식의�채용을�들�수�있다.

②�절연체�중의�이물�혼입�대책으로서,�재료의�유물�관리의�철저,�압출�작업�장소의�쓰레기�제로화�같은�대책도�

취해지고�있다.

[그림 4] 절연체 피막 흠집 발생에 따른 절연 파괴 현상

[그림 5] 수트리의 원인과 대책

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최근에는�TR�CNCV-W(수트리�억제용�전력케이블)�케이블이�개발되어�보급되고�있다.�이�케이블은�수밀형�

압축도체�위에�트리억제형�가교폴리에틸렌으로�절연하고,�동심�중심선�상·하부에�부풀음�테이프를�감고,�그�

위에�PVC로�외피를�한�케이블을�말한다.�이�케이블은�고전압�케이블�절연체�내에서의�문제점인�수트리�발생을�

억제하기�위하여�수트리�억제형�절연재료를�개발하고,�이를�실제의�케이블�제작에�적용시켜�기존의�케이블보다�

나은�수트리�억제�효과를�실현시킨다.�전력�케이블�수명을�연장하고�사고방지를�통해�케이블�선로의�신뢰성을�

획기적으로�개선한�케이블이다.

4. 케이블 열화진단 방법

Off-line�케이블�열화진단�방법에는�절연저항법,�직류누설�전류법,�Tanδ측정법,�부분방전측정법�등이�있으

며,�각각에�대한�측정�장비�및�장단점을�요약하면 [표 1]과�같다.

[표 1] Off-line 열화진단 방법

측정법 측정 장비 장 점 단 점

절연저항법 Megger 장비가 소형이며, 측정이 간편함절연체 내부 수트리는 발견이 어렵고, 측정값에 대한 온도보정이 필요함

직류누설전류법

Hi-po. Tester측정이 비교적 간단하고,

현장 시험에 적합절연열화가 현저하지 않으면 절대값이 작고, 반복 실시의 경우 케이블 손상의 우려가 있음

Tanδ측정법AC or VLF Tanδ

시험기수트리가 발생하면 Tanδ 값이 증가

- 시험전압이 크고 무거움- 유도전압이 큰 경우 제거대책이 필요함

부분방전 측정법

부분방전 측정기보이드, 전기트리, 상처 등이 있을 경우

PD 개시전압이 낮아지고, 보이드, 상처가 클수록 방전전하가 커짐

- 외부 노이즈에 대한 대책이 필요- AC인 경우 시험전원이 크고 무거움

최근에는�새로운�진단방법이�보급되고�있다.�SFRA(Sweep�Frequency�Response�Analysis�:�측정�대상체의�

내부�결함�→�ZT변화�→�응답신호의�크기,�위상의�변화)�방식을�이용한�시험방법이�있는데,�이는�인가전원의�

소형화,�편리한�현장적용,�실시간�데이터�확인�등의�장점이�있다.

[참고문헌]

1.�고압�CV�케이블의�열화�현상과�그�대책,�전기학회지

2.�김일권,�전력�케이블의�열화진단의�신기술,�전기안전

3.�김성민,�발전소�고압�전력�케이블�절연평가�및�판정기준,�대한전기협회,�2012

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